[發(fā)明專利]一種基于FBG的風(fēng)機葉片載荷測量方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011510112.3
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112665766B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢飛;黃偉;程芹;黎佳;石晶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢船舶通信研究所（中國船舶重工集團公司第七二二研究所）
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01M13/00;G01D21/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發(fā)明公開了一種基于FBG的風(fēng)機葉片載荷測量方法及應(yīng)用，其通過在風(fēng)電機組的每個葉片上設(shè)置對應(yīng)的光纖光柵傳感器組，通過標(biāo)定記錄葉片在不同的葉片漿距角所對應(yīng)的傳感器組中每個光纖光柵傳感器的輸出波長變化值及所對應(yīng)的載荷值，利用葉片等效剛性系數(shù)矩陣、傳感器組輸出波長變化值和葉片漿距角所對應(yīng)的載荷值三者之間的映射關(guān)系，得到標(biāo)定后的葉片等效剛性系數(shù)矩陣具體值，實時測量傳感器組輸出波長變化值，利用標(biāo)定后的葉片等效剛性系數(shù)矩陣具體值、葉片的初始載荷值和傳感器組輸出波長變化值得到葉片的實時載荷值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)機載荷測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于FBG的風(fēng)機葉片載荷測量方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源行業(yè)逐步向智慧能源發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源的代表，整風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用智能控制技術(shù)迫在眉睫。風(fēng)機葉片是風(fēng)力發(fā)電機捕獲風(fēng)能的核心部件，其受力復(fù)雜多變，過載和疲勞會造成風(fēng)力發(fā)電機的葉片不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致葉片的損毀。

獨立變槳技術(shù)(IPC)能夠降低風(fēng)機葉片的載荷受力，降低風(fēng)機運行載荷。IPC全稱獨立變槳技術(shù)(Independent Pitch Control)。所謂獨立變槳技術(shù)是新興變槳技術(shù)，是指風(fēng)機三個葉片根據(jù)實際風(fēng)力情況和載荷，分別進行獨立的變槳，每個葉片的實際變槳角度不同，以達到降低載荷和提高能效的作用。獨立變槳技術(shù)(IPC)由核心控制邏輯、外圍故障保護邏輯和外部傳感器信號解析(葉片載荷信號解析和葉輪方位角解析)組成。

目前風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機在葉片載荷監(jiān)控測量領(lǐng)域主要的測量方法是以電子應(yīng)變片為主。電子應(yīng)變片傳感器測量葉根載荷是一種比較成熟的技術(shù)，應(yīng)變片安裝在葉片內(nèi)部的根部。但是電子應(yīng)變片的量測和精度受限制，測量所需要的傳感器較多，布線復(fù)雜，極易受到電磁干擾，且極易失效和需要重新標(biāo)定而經(jīng)常更換拆卸，因此只是在實驗室應(yīng)用較多，并不合適在工程現(xiàn)場長期使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于FBG的風(fēng)機葉片載荷測量方法及應(yīng)用，旨在解決如何測量風(fēng)機發(fā)電機的葉片根部的實時載荷數(shù)據(jù)的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于FBG的風(fēng)機葉片載荷測量方法，該方法包括：

在風(fēng)電機組的每個葉片上設(shè)置對應(yīng)的光纖光柵傳感器組，獲取每個葉片的運行參數(shù)，所述運行參數(shù)包括風(fēng)速、葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪傾角、葉片錐角、葉片質(zhì)量和重心位置；

無風(fēng)時將葉片旋轉(zhuǎn)至初始位置，測量獲取葉片初始錐角、葉輪初始傾角和葉輪初始方位角，以及光纖光柵傳感器組中每個傳感器的初始輸出波長，將葉片初始漿距角設(shè)置為零，利用葉片質(zhì)量、重力加速度、重心位置、葉片初始錐角、葉輪初始傾角、葉片初始漿距角和葉輪初始方位角計算得到葉片的初始載荷值；無風(fēng)時執(zhí)行葉片的變槳過程，記錄葉片在不同的葉片漿距角所對應(yīng)的傳感器組的輸出波長變化值及所對應(yīng)的載荷值，所述輸出波長變化值為每個傳感器的輸出波長與初始波長之間的差值，利用葉片質(zhì)量、重力加速度、重心位置和葉片漿距角計算得到不同的葉片漿距角所對應(yīng)的載荷值；

依據(jù)記錄葉片在不同的葉片漿距角所對應(yīng)的傳感器組中每個光纖光柵傳感器的輸出波長變化值及所對應(yīng)的載荷值，利用葉片等效剛性系數(shù)矩陣、傳感器組輸出波長變化值和葉片漿距角所對應(yīng)的載荷值三者之間的映射關(guān)系，得到標(biāo)定后的葉片等效剛性系數(shù)矩陣具體值；

實時測量傳感器組輸出波長變化值，利用標(biāo)定后的葉片等效剛性系數(shù)矩陣具體值、葉片的初始載荷值和傳感器組輸出波長變化值得到葉片的實時載荷值。

作為本發(fā)明的進一步改進，在風(fēng)電機組的每個葉片上設(shè)置對應(yīng)的光纖光柵傳感器組具體為：

光纖光柵傳感器的安裝位置為葉片葉根部分，每個葉片安裝四個傳感器，第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器分別依次間隔90度。